CN105416319A - 一种整体结构式车体 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种整体结构式车体。所述整体结构式车体包括司机室前墙、底架、侧墙和顶盖；所述底架和顶盖通过侧墙固定相连，在底架、顶盖和侧墙的前端通过司机室前墙相连；所述司机室前墙、底架、侧墙和顶盖中的至少一种为三层整体承载结构，该三层整体承载结构包括碳纤维外层、纤维内层和位于碳纤维外层与纤维内层之间的夹心层；所述夹心层为微晶钢制成或夹心层内设有微晶钢制成的骨架；所述司机室前墙、底架、侧墙和顶盖之间固定连接形成一体化结构。本发明降低了车体重量,达到了减轻重量、减少噪声，增强抗疲劳、抗冲击、抗弯曲的目的，通过碳纤维与玻璃纤维复合材料增加了车体抗冲击性能。

Description

一种整体结构式车体
技术领域
本发明涉及一种整体结构式车体，属于轨道车辆领域。
背景技术
传统的车体采用钢结构焊接或铆接整体承载结构，结构复杂，质量较重，抗疲劳性能不佳，且增加了噪声传播路径，降低了车辆的舒适性。
现阶段预研的复合材料车体不能完全应用于车体结构，各部件的连接多采用铆接，整体上耐疲劳性能差。
发明内容
本发明旨在提供一种整体结构式车体，该车体简化了无轨电车结构，降低了车体重量,达到车辆轻量化和低噪声的目的，采用纤维复合材料实现车体承载结构制作，各连接接口形式增加了车体抗疲劳、抗冲击冲击性能。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种整体结构式车体，包括司机室前墙、底架、侧墙和顶盖；所述底架和顶盖通过侧墙固定相连，在底架、顶盖和侧墙的前端通过司机室前墙相连；其结构特点是，所述司机室前墙、底架、侧墙和顶盖中的至少一种为三层整体承载结构，该三层整体承载结构包括碳纤维外层、纤维内层和位于碳纤维外层与纤维内层之间的夹心层；所述夹心层为微晶钢制成或夹心层内设有微晶钢制成的骨架；所述司机室前墙、底架、侧墙和顶盖之间固定连接形成一体化结构。
根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：
所述司机室前墙、底架、侧墙和顶盖均为三层整体承载结构。
所述司机室前墙与底架之间、司机室前墙与侧墙之间、侧墙与顶盖之间均通过微晶钢互相连接，并在连接处形成相应的碳纤维外层与纤维内层。
所述司机室前墙与底架之间、司机室前墙与侧墙之间、侧墙与顶盖之间的微晶钢相互铆接或错位搭接或焊接后，再通过纤维成型工艺固化所述碳纤维外层与纤维内层。例如：一种连接方式是在连接部位将夹心层微晶钢伸出一定长度，端部平齐或者错位呈齿状，各部件连接时先将夹心层微晶钢对焊，然后通过纤维缠绕成型工艺将连接部位固化，连接位置生成固化层纤维。另一种连接方式为在连接部位将夹心层微晶钢伸出一定长度，各部件连接时先将夹心层微晶钢多点铆接，连接数量至少3×3个以上，然后通过纤维缠绕成型工艺将连接部位固化。还有一种连接方式是在连接部位将夹心层微晶钢伸出一定长度，各部件连接时先将夹心层微晶钢搭接焊，然后通过纤维缠绕成型工艺将连接部位固化。也可以是在连接部位将夹心层微晶钢伸出一定长度，端部平齐或者错位呈齿状，各部件连接时先将夹心层微晶钢搭接焊或者对焊，焊接后再将两端夹心层铆接固定，然后通过纤维缠绕成型工艺将连接部位固化。
微晶钢制成的夹心层或夹心层内微晶钢制成的骨架为粉末状金属3D打印而成。
所述司机室前墙、底架、侧墙和顶盖是将微晶钢做成预成型件放入封闭模具中，然后将树脂注入模具固化成型形成由碳纤维外层、包含微晶钢的夹心层、以及内层纤维构成的三层整体结构。
所述底架为三层整体承载结构，该底架上设有司机室操作台安装座、轮轴安装座和超级电容安装座；所述司机室操作台安装座、轮轴安装座和超级电容安装座分别与所述底架的夹心层的微晶钢固定相连。这种的接口具有极高的抗弯刚度，能吊挂高振动设备。
为了最大限度地降低地板高度，所述轮轴安装座向上凸起而形成上凸的轮轴安装空间。
所述顶盖为弧形的三层整体承载结构，该顶盖上设有空调安装座和牵引设备安装座；所述空调安装座和牵引设备安装座分别与所述顶盖的夹心层的微晶钢固定相连。
所述纤维内层和夹心层整体由微晶钢方管或者微晶钢圆管结构代替，而使三层整体承载结构变为两层整体承载结构。换句话说，所述司机室前墙、底架、侧墙和顶盖中的至少一种采用树脂外层、金属内层两层结构，所述树脂外层为碳纤维或者玻璃纤维材料，所述内层为微晶钢制成的方管或者圆管结构。优选地，微晶钢圆管或者微晶钢方管由粉末状金属3D打印而成。所述司机室前墙、底架、侧墙和顶盖中一种制造方式是采用树脂传递模压工艺成型，即先将微晶钢做成预成型件放入封闭模具中，在真空和压力的条件下，树脂被注入模具而固化成型，形成外层碳纤维、内层微晶钢方管或者圆管结构。还有一种制造方式是采用3D打印而成，即先将微晶钢做成预成型件放入封闭模具中，在真空和压力的条件下，放置一层纤维，然后树脂被注入模具而固化成型，形成外层碳纤维、内层微晶钢方管或者圆管结构。
所述司机室前墙、底架、侧墙和顶盖之间的一种连接方式是相应的微晶钢圆管或者微晶钢方管连接部位将内层微晶钢管伸出一定长度，端部平齐或者错位呈齿状，各部件连接时先将内层钢管对焊，然后通过纤维缠绕成型工艺将连接部位固化。
所述侧墙整体呈弧形，该侧墙上设有门和窗的安装空间。
由此，纤维与微晶钢复合材料可以降低车体重量，减小噪声传播途径，增强车体的抗冲击和抗疲劳性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、车体结构设计为整体承载结构，复合材料采用纤维与微晶钢复合材料；
2、车体主要由底架、顶盖、侧墙和前墙组成，采用外层、内层和夹心层三层结构，夹心层设有微晶钢；
3、车体主要由底架、顶盖、侧墙和前墙组成，可选的采用外层、内层两层结构，内层设有微晶钢方管或者圆管；
4、底架、顶盖、侧墙和前墙通过多种连接方式连接起来，具有较好的抗疲劳和抗冲击性能；
5、车体底架用于安装司机室操作台、轮轴、超级电容安装座等，主要承载车辆及乘客重量。轮轴安装部位向上凸出，用以降低车体地板高度；
6、车体侧墙弧形设计，设有门窗安装空间；
7、车体顶盖弧形设计，设有空调安装座、牵引设备安装座等，各安装座预埋在顶盖骨架中。
按该发明制作的复合材料无轨电车车体在承受各种最大垂直载荷的同时，传递轮轴的纵横向作用力，且能达到了减轻重量、减少噪声目的。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。
附图说明
图1是本发明一个实施例的结构示意图；
图2是本发明所述底架示意图；
图3是本发明所述侧墙和前墙的整体示意图；
图4是本发明所述顶盖示意图；
图5是本发明所述主体结构的三层结构对焊示意图；
图6是本发明所述主体结构的三层结构铆接示意图；
图7是本发明所述主体结构的三层结构齿接对焊示意图；
图8是本发明所述主体结构的两层结构圆管对焊示意图；
图9是本发明所述主体结构的两层结构方管对焊示意图;
图10是图8中的A-A剖视图；
图11是图9中的B-B剖视图。
具体实施方式
一种整体结构式车体,如图1所示，车体结构设计为整体承载结构，复合材料采用纤维与微晶钢复合材料，这种材料具有优越的抗冲击、抗疲劳、抗弯曲性能。所述车体司机室前墙1、底架2、墙3和顶盖4中的至少一种采用外层10、内层12和设置在外层10与内层12之间的夹心层11构成。夹心层11内设有增强骨架微晶钢板11。微晶钢板11由粉末状金属3D打印而成。
所述司机室前墙1、底架2、侧墙3和顶盖4中的至少一种采用树脂传递模压工艺成型，即先将微晶钢做成预成型件放入封闭模具中，在真空和压力的条件下，树脂被注入模具而固化成型，形成内外层碳纤维、夹心层微晶钢板三层结构。
所述底架2上设有司机室操作台安装座5、轮轴安装座6和超级电容安装座7等安装接口，这种的接口具有极高的抗弯刚度，能吊挂高振动设备。
如图6所示，所述司机室前墙1、底架2、侧墙3和顶盖4中的至少一种连接方法是在连接部位将夹心层微晶钢伸出一定长度，各部件连接时先将夹心层微晶钢多点铆接，连接数量至少3×3个以上，然后通过纤维缠绕成型工艺将连接部位固化。
如图7所示，所述司机室前墙1、底架2、侧墙3和顶盖4中的至少一种连接方法是在连接部位将夹心层微晶钢伸出一定长度，端部平齐或者错位呈齿状，各部件连接时先将夹心层微晶钢对焊，然后通过纤维缠绕成型工艺将连接部位固化。
所述司机室前墙1、底架2、侧墙3和顶盖4中的至少一种连接方法是在连接部位将夹心层微晶钢伸出一定长度，各部件连接时先将夹心层微晶钢搭接焊，然后通过纤维缠绕成型工艺将连接部位固化。
所述司机室前墙1、底架2、侧墙3和顶盖4中的至少一种连接方法是在连接部位将夹心层微晶钢伸出一定长度，端部平齐或者错位呈齿状，各部件连接时先将夹心层微晶钢搭接焊或者对焊，焊接后再将两端夹心层铆接固定，然后通过纤维缠绕成型工艺将连接部位固化。
所述司机室前墙1、底架2、侧墙3和顶盖4中的至少一种采用树脂外层10、金属内层两层结构，所述树脂外层为碳纤维或者玻璃纤维材料，所述内层为方管或者圆管结构。微晶钢方管或者圆管由粉末状金属3D打印而成。
所述司机室前墙1、底架2、侧墙3和顶盖4中的至少一种采用树脂传递模压工艺成型，即先将微晶钢做成预成型件放入封闭模具中，在真空和压力的条件下，树脂被注入模具而固化成型，形成外层纤维、内层微晶钢方管或者圆管结构。
所述司机室前墙1、底架2、侧墙3和顶盖4中的至少一种采用3D打印而成，即先将微晶钢做成预成型件放入封闭模具中，在真空和压力的条件下，放置一层纤维，然后树脂被注入模具而固化成型，形成外层碳纤维、内层微晶钢方管或者圆管结构。
所述司机室前墙1、底架2、侧墙3和顶盖4中的至少一种连接方法是在连接部位将内层微晶钢管伸出一定长度，端部平齐或者错位呈齿状，各部件连接时先将内层钢管对焊，然后通过纤维缠绕成型工艺将连接部位固化。
所述底架2上设有司机室操作台安装座5、轮轴安装座6和超级电容安装座7。轮轴安装座6向上凸起而形成上凸的轮轴安装空间。
所述顶盖4整体呈弧形，在顶盖4内的骨架上装有空调安装座8和牵引设备安装座9。
所述侧墙3整体呈弧形，该侧墙3上设有门和窗的安装空间。
本实施例以车体结构的设计为例，达到了减轻重量、减少噪声，增强抗疲劳、抗冲击、抗弯曲的目的。
综上所述，按该发明制作的复合材料整体式车体结构，能代替钢结构或者铆接车体，可有效减轻车辆重量和降低噪声，提高耐疲劳性能和乘坐舒适性。
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种整体结构式车体，包括司机室前墙（1）、底架（2）、侧墙（3）和顶盖（4）；所述底架（2）和顶盖（4）通过侧墙（3）固定相连，在底架（2）、顶盖（4）和侧墙（3）的前端通过司机室前墙（1）相连；其特征在于，所述司机室前墙（1）、底架（2）、侧墙（3）和顶盖（4）中的至少一种为三层整体承载结构，该三层整体承载结构包括碳纤维外层（10）、纤维内层（12）和位于碳纤维外层（10）与纤维内层（12）之间的夹心层（11）；所述夹心层（11）为微晶钢制成或夹心层（11）内设有微晶钢制成的骨架；所述司机室前墙（1）、底架（2）、侧墙（3）和顶盖（4）之间固定连接形成一体化结构。
2.根据权利要求1所述的整体结构式车体，其特征在于，所述司机室前墙（1）、底架（2）、侧墙（3）和顶盖（4）均为三层整体承载结构。
3.根据权利要求2所述的整体结构式车体，其特征在于，所述司机室前墙（1）与底架（2）之间、司机室前墙（1）与侧墙（3）之间、侧墙（3）与顶盖（4）之间均通过微晶钢互相连接，并在连接处形成相应的碳纤维外层（10）与纤维内层（12）。
4.根据权利要求3所述的整体结构式车体，其特征在于，所述司机室前墙（1）与底架（2）之间、司机室前墙（1）与侧墙（3）之间、侧墙（3）与顶盖（4）之间的微晶钢相互铆接或错位搭接或焊接后，再通过纤维成型工艺固化所述碳纤维外层（10）与纤维内层（12）。
5.根据权利要求1-4之一所述的整体结构式车体，其特征在于，微晶钢制成的夹心层（11）或夹心层（11）内微晶钢制成的骨架为粉末状金属3D打印而成。
6.根据权利要求1-4之一所述的整体结构式车体，其特征在于，所述司机室前墙（1）、底架（2）、侧墙（3）和顶盖（4）是将微晶钢做成预成型件放入封闭模具中，然后将树脂注入模具固化成型形成由碳纤维外层（10）、包含微晶钢的夹心层（11）、以及内层纤维（12）构成的三层整体结构。
7.根据权利要求1-4之一所述的整体结构式车体，其特征在于，所述底架（2）为三层整体承载结构，该底架（2）上设有司机室操作台安装座（5）、轮轴安装座（6）和超级电容安装座（7）；所述司机室操作台安装座（5）、轮轴安装座（6）和超级电容安装座（7）分别与所述底架（2）的夹心层（11）的微晶钢固定相连。
8.根据权利要求7所述的整体结构式车体，其特征在于，所述轮轴安装座（6）向上凸起而形成上凸的轮轴安装空间。
9.根据权利要求1-4之一所述的整体结构式车体，其特征在于，所述顶盖（4）为弧形的三层整体承载结构，该顶盖（4）上设有空调安装座（8）和牵引设备安装座（9）；所述空调安装座（8）和牵引设备安装座（9）分别与所述顶盖（4）的夹心层（11）的微晶钢固定相连。
10.根据权利要求1-4之一所述的整体结构式车体，其特征在于，所述纤维内层（12）和夹心层（11）整体由微晶钢方管或者微晶钢圆管结构代替，而使三层整体承载结构变为两层整体承载结构。
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